相干衍射成像（Coherent Diffractive Imaging，CDI）是近年来突飞猛进的无透镜超分辨先进计算相位成像技术，在极紫外（EUV）成像、X 射线纳米成像以及半导体精密检测等领域展现出重要应用前景。然而，严格的光谱相干性要求长期制约了 CDI 在宽带、高通量照明条件下的实际应用。尤其在采用超短脉冲光源或超宽谱辐射源时，宽光谱带宽会显著降低时间相干性，导致衍射图样出现明显的去相干模糊效应，从而严重损害重建分辨率与成像保真度。这一问题已成为宽带相干衍射成像领域亟待突破的核心瓶颈之一。

针对上述难题，研究团队提出了一种相干性增强、快速求解且具有强噪声鲁棒性的宽光谱部分相干衍射数值单色相干复原方法——CFNM（Coherence-Enhanced, Fast-Solving, Noise-Robust Monochromatization）。该方法不依赖物理光学滤波或窄带光源，而是直接对多波长、非相干叠加的宽谱衍射图样进行数值单色化处理，从源头上恢复等效单色相干衍射信息。通过引入非负性约束与支撑域约束，并结合优化的子空间投影求解策略，CFNM 在显著提升相干性恢复质量的同时，大幅降低了计算复杂度。

图1 宽光谱部分相干衍射数值单色相干复原方法

在进一步的实验验证中，研究团队搭建了覆盖450–800 nm 波段的超宽谱拼接衍射成像实验系统，相对带宽高达 42% FWHM。实验结果显示，基于 CFNM 处理后的衍射数据显著提升了成像分辨率与重建保真度，成功实现 2 μm 空间分辨率，较传统方法提升超过三倍。

图2 CFNM实验结果

该研究首次在实验上实现了超宽谱条件下的高质量相干衍射成像，为高通量纳米成像、极紫外计量检测及计算光谱成像等应用提供了关键技术支撑。研究表明，该方法的带宽拓展潜力主要受限于探测器性能，而非算法本身，为未来向更短波长与更宽谱段拓展奠定了理论与方法基础。

论文信息：

C. Chen, Y. Zhou, Y. Wang, H. Xia, H. Gu, and S. Liu, "Enhancing Monochromatization for Broadband Coherent Diffractive Imaging," IEEE Trans. Instrum. Meas. 74, 5038509(2025).